Тестирование сточных вод можно использовать для раннего выявления болезней. (Шаттерстки)

Пандемия COVID-19 вновь разожгла интерес к надзору за сточными водами, когда системы сточных вод контролируются на наличие вирусов, бактерий и других патогенов. Неинфекционные фрагменты генетического материала вируса были обнаружены в неочищенных сточных водах. в Италии, Испании, Франции, США и Канаде.

Несколько городов сейчас используют этот подход для обнаружения инфекции, включая Оттаву. Хотя бы один Университет США использовал систему наблюдения за сточными водами для выявления вспышки COVID-19, заказав тестирование и карантин для почти 300 студентов, проживающих в четырех общежитиях кампуса, и остановив его распространение.

Как микробиолог, имеющий опыт наблюдения за патогенами пищевого происхождения, такими как Сальмонелла и E. палочки, Меня всегда интересуют более эффективные способы выявления инфекций среди населения.

Выявление болезни в настоящее время полагается на больных людей, обращающихся за медицинской помощью. Но многие больные люди не обращаются за помощью, а официальные лица могут не знать о заболеваниях или вспышках в течение нескольких дней или недель, что приводит к еще большему количеству болезней и смертей. Для борьбы со вспышками инфекционных заболеваний, таких как COVID-19, нам нужны активные системы эпиднадзора, которые не зависят от действий больных.

Наблюдение за сточными водами для выявления заболеваний

Надзор за сточными водами работает, потому что многие инфекционные агенты выделяются с жидкостями организма до и во время активной инфекции. Когда эти жидкости попадают в канализационные системы, они транспортируются на центральную станцию ​​очистки сточных вод для обработки, где их можно обнаружить.

Полезность наблюдения за сточными водами была впервые признана в 1960-х годах, когда исследователи из Йельского университета провели несколько экспериментов для оценки эффективности кампаний вакцинации против полиомиелита. Они проверили сточные воды в Мидлтауне, штат Коннектикут, на наличие различных штаммов вируса полиомиелита до, во время и после программы вакцинации.

Сбор проб сточных вод в общежитиях в Университете штата Юта 2 сентября 2020 года. (AP Photo / Rick Bowmer)

Тридцать пять лет спустя чувствительность наблюдения за сточными водами для мониторинга программ вакцинации против полиомиелита была подтверждена в элегантном исследовании, которое стало известно как Хельсинкский эксперимент с вирусом полиомиелита.

Ученые слили вакцину против полиомиелита в туалет в 20 километрах от очистных сооружений. Затем исследователи собрали пробы сточных вод на предприятии в течение четырех дней и показали, что они все еще могут обнаружить вакцину после того, как через систему прошло 800 миллионов литров сточных вод. Они пришли к выводу, что один инфицированный человек, распространяющий вирус полиомиелита, может быть обнаружен в сообществе из 10,000 XNUMX жителей.

Другое исследование показало, что вспышки можно предсказать, отслеживая сточные воды. Например, в Израиле в 1970-х годах инфекционный вирус полиомиелита был обнаружен в сточных водах за девять дней до того, как врачи выявили первый случай. Позднее этот подход был адаптирован к отслеживать успех кампаний вакцины против полиомиелита на международном уровне.

Мониторинг сточных вод как система раннего предупреждения

Эти эксперименты заложили основу использования сточных вод для мониторинга других заболеваний.

В 2013 исследователи в Швеции сообщили, что надзор за сточными водами обеспечил раннее предупреждение о вспышках норовируса и вируса гепатита А, двух причин вирусных заболеваний пищевого происхождения. Ежедневные пробы сточных вод собирались каждую вторую неделю в период с января по май 2013 года на водоочистной станции в Гетеборге. Используя метод, называемый полимеразной цепной реакцией, или ПЦР, исследователи обнаружили генетический материал норовируса за две-три недели до выявления больных.

Множественные штаммы (генетические типы) вируса гепатита А также были обнаружены в образцах сточных вод с помощью ПЦР, а дополнительный анализ показал, что два штамма были вовлечены в продолжающуюся вспышку в Скандинавии и Гётеборге весной 2013 года.

Исследователи в Италии использовали аналогичный подход, чтобы показать, что больные пациенты, страдающие диареей неизвестной причины, на самом деле инфицированы норовирусами.

Наблюдение в социальных сетях

Одним из ограничений наблюдения за сточными водами является то, что он не может идентифицировать реальных инфицированных людей. «Синдромный анализ социальных сетей», при котором сообщения в социальных сетях ищутся с описанием симптомов, соответствующих данному заболеванию, превратился в эффективный инструмент для надзора за инфекционными заболеваниями, включая COVID-19.

Объединение мониторинга сточных вод и анализа социальных сетей может выявить вспышки в сообществе, которые в противном случае могли бы остаться незамеченными, потому что этот подход позволяет выявлять инфицированных людей, у которых еще не проявляются симптомы (бессимптомно) или у которых нет симптомов (бессимптомно). (Обе группы могут распространять вирус.) Эта информация может быть использована должностными лицами общественного здравоохранения для усиления физического дистанцирования и других методов изоляции, таких как целевое тестирование людей, чтобы ограничить распространение болезни среди населения.

Увеличение количества международных поездок и глобализация привели к быстрому распространению инфекционных заболеваний.. Для борьбы с этим глобальный надзор за инфекционными заболеваниями должен проводиться в режиме реального времени или почти в реальном времени и выходить за рамки простого мониторинга числа инфицированных людей, а также включать возможность быстрого распознавания новых моделей заболеваний. Низкая стоимость, скорость и способность наблюдения за сточными водами выявлять появляющиеся патогены до того, как они станут эндемичными, повышает способность незамедлительно реагировать на вспышки болезней, снижая глобальные заболеваемость и смертность.

Об авторе

Лоуренс Гудридж, профессор, безопасность пищевых продуктов, Университет Гвельфа

Эта статья переиздана из Беседа под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.

Похожие книги:

Тело ведет счет: мозг, разум и тело в исцелении травмы

Бессель ван дер Колк

Эта книга исследует связи между травмой и физическим и психическим здоровьем, предлагая идеи и стратегии для исцеления и восстановления.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Дыхание: новая наука об утерянном искусстве

Джеймс Нестор

Эта книга исследует науку и практику дыхания, предлагая идеи и методы для улучшения физического и психического здоровья.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Парадокс растений: скрытые опасности «здоровой» пищи, вызывающие болезни и увеличение веса

Стивен Р. Гандри

Эта книга исследует связи между диетой, здоровьем и болезнями, предлагая идеи и стратегии для улучшения общего состояния здоровья и хорошего самочувствия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Код иммунитета: новая парадигма настоящего здоровья и радикального омоложения

Джоэл Грин

Эта книга предлагает новый взгляд на здоровье и иммунитет, опираясь на принципы эпигенетики и предлагая идеи и стратегии для оптимизации здоровья и старения.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа

Полное руководство по голоданию: исцелите свое тело с помощью прерывистого, чередующегося и длительного голодания

д-р Джейсон Фанг и Джимми Мур

Эта книга исследует науку и практику голодания, предлагая идеи и стратегии для улучшения общего состояния здоровья и хорошего самочувствия.

Нажмите для получения дополнительной информации или для заказа